引言
當前的生物圈是一個豐富而又複雜的生態系統，是一個複雜而多樣的有機體在微妙的相互作用中形成的網路。儘管生物學家否認任何系統性進化的證據，但科學家和普羅大眾都很清楚，自從地球上有生命起源以來，某些東西或多或少是單向向前發展的。關鍵問題是，我們如何更加清晰地描述這種進步，究竟是什麼進步了？
關於生存的討論集中在資訊（或有序）和熵之間的鬥爭上，熵總是佔上風。但資訊本身就是我們應該關注的量嗎？畢竟，系統地思考所有可能的想法就像把整本電話簿認真閱讀一遍一樣令人不寒而慄，重要的當然是經驗的質，或者更廣泛地說，是有待收集和利用的資訊的質，而不是量。
據我們所知，宇宙開始之初，根本無特徵可言。隨著時間的推移，我們今天看到的物理系統的豐富性和多樣性才逐步顯現出來。因此，宇宙的歷史就是結構複雜性不斷增長的歷史。這似乎是一個悖論。我開始介紹宇宙時首先介紹了熱力學第二定律，該定律告訴我們，宇宙正在消亡，它不可避免地從低熵的初始狀態走向最大熵的最終狀態——熱寂。所以情況是在好轉還是在惡化呢？
實際上並不存在悖論，因為結構的複雜性不同於熵。熵，或者說無序，是資訊即有序的反義詞：你處理的資訊越多，產生的秩序越多，所付出的熵的代價也就越大，這裡的有序意味著另外某個地方的無序。這就是熱力學第二定律——熵總是贏家。但是結構和複雜性並不僅僅是有序和資訊，它們只與特定型別的有序和資訊有關。舉例來說，我們能夠清晰地認識到細菌和晶體之間的重要區別，兩者都是有序的，但方式不同。晶格代表了有規律的均勻性，雖然非常漂亮，但本質上很乏味。相比之下，細菌的構造可以說是非常精巧、有趣。
這些想法看上去只是主觀判斷，但我們可以用數學使之更有說服力。近年來，科學家開闢了一個全新的研究領域，目的是使結構複雜性這類概念定量化，併力圖建立一些普適性原理，使其與現有的物理定律並駕齊驅。該領域雖然仍處於起步階段，但已經挑戰了許多關於秩序和混亂的傳統假設。
我提出一種假設，在宇宙中起作用的還有“複雜性增加定律”，該定律與熱力學第二定律並立。這兩條定律之間並沒有不相容之處。實際上，物理系統複雜性的增加是以熵為代價的。比如，在生物進化的過程中，只有在發生了許多破壞性的物理和生物過程（比如，適應不良的突變體的過早死亡）之後，才會出現一種新的、更復雜的有機體。即使是雪花的形成也會產生餘熱，使宇宙的熵增加。但是，這裡不存在任何直接的替換關係，因為結構不是熵的反義詞。
我很高興地發現，許多研究人員也得出了類似的結論，正試圖使複雜性增加定律公式化。雖然複雜性增加定律與熱力學第二定律並不矛盾，但複雜性增加定律對宇宙的變化給出了一個非常不同的解釋：宇宙的發展過程是從基本上毫無特徵的初始狀態開始，然後發展到越來越複雜、越來越精細的狀態的。
複雜性增加定律正在不斷完善之中，它對宇宙的結局有著深遠的意義。如果結構的複雜性不是熵的對立面，那麼負熵在宇宙中的有限儲存就不需要在複雜性的層次上設定一個界限。為提高複雜性而支付的熵代價可能純粹是偶然的，而不是必需的，就像單純的排序或資訊處理那樣。如果是這樣的話，那麼我們的後代就可以在不浪費日益減少的資源的情況下實現更加複雜的組織狀態。雖然他們處理資訊的數量可能受到限制，但他們的精神和身體活動的豐富性和質量可能不會有限制。
我試著讓大家看到：宇宙正在衰退，但可能永遠不會將精力消耗殆盡。只有在奇異的科幻小說中才會發生智慧生物在逆境中生存下來的奇蹟，而這種生存環境會對它們越來越不利，並且熱力學第二定律會在無情的邏輯下檢驗它們的創造力。它們為生存而進行的絕望的但不一定是徒勞的鬥爭可能會使一些讀者感到興奮，也可能使另一些讀者感到沮喪，而我自己的心情好壞參半。
所有的推測都是基於這樣一個假設：宇宙將會永遠膨脹下去。我們已經看到，這僅僅是宇宙的一種可能命運。如果膨脹速度減慢得非常快，則宇宙有一天可能會停止膨脹，並開始收縮，走向巨大的危機。如果情況真是這樣，人類生存的希望又是什麼呢？
除非有“永恆”，否則無論是人類還是外星人，無論其數量有多少，他們的智慧都不可能讓生命無限制地延續下去。如果宇宙只能存在有限的時間，那麼世界末日就不可避免了。前面我解釋了宇宙的最終命運如何受制於它的總質量。觀察表明，宇宙的質量非常接近於永恆膨脹和最終坍縮之間的臨界點。如果宇宙最終開始坍縮，任何智慧生物的未來的結局大相徑庭。
宇宙坍縮的早期階段一點兒也不可怕。就像一個被拋向天空併到達軌道頂端的小球那樣，宇宙將開始緩慢地向內下落。我們假設這個時間的頂點是1000億年以後：那時仍將有大量恆星在燃燒，而我們的後代也能夠用光學望遠鏡觀察遙遠星系的運動——星系團的退行速度逐漸變慢，然後開始回落，逐漸落向彼此，各個恆星間相隔得越來越近。
我們今天能看到的星系在那個時候會處於比現在遠4倍的距離外。由於宇宙的年齡越來越大，天文學家將能夠看到比我們現在所能看到的遠10倍的宇宙，因此他們看到的可見宇宙所包含的星系應當比我們這個時代所能看到的多得多。
在1000億年以後的很長一段時間內，天文學家都不會注意到宇宙在坍縮。他們首先會注意到，平均而言，相對較近的星系在不斷地接近而不是後退，但來自遙遠星系的光譜似乎仍然是紅移的。只有經過數百億年，系統性的湧入才會變得明顯。此時更容易識別的是宇宙微波背景輻射溫度的細微變化。
我們應當記得，宇宙微波背景輻射是大爆炸遺留下來的，目前的溫度大約比絕對零度高3開爾文。隨著宇宙不斷膨脹，該溫度會下降。在1 000億年以後，它將下降到1開爾文左右。溫度將在膨脹的最高點降至最低，一旦坍縮開始，溫度會再次回升，當宇宙坍縮到今天的密度時，溫度將會回到3開爾文，這又要花1 000億年——宇宙的興衰在時間上大致是對稱的。
宇宙不是在一夜之間坍縮的。在數百億年的時間裡，即使處於收縮階段，我們的後代也能好好地生活。如果轉折點發生在更長的時間之後，比如，一萬億億年後，情況就沒有這麼樂觀了。這種情況下，在膨脹到達最高點之前，所有的恆星將被燒盡，任何倖存的地球居民都將面臨在永恆膨脹的宇宙中所遇到的相同問題。
無論轉折何時發生，如果從現在開始以年為單位衡量，在同樣的年數之後，宇宙將恢復到現在的大小。不過它的外觀會非常不同。即使轉折真的發生在1 000億年之後，同現在相比，那時將有更多黑洞，更少恆星，可供居住的行星將彌足珍貴。
當宇宙坍縮到目前的大小時，它將會以更快的速度坍縮，在大約35億年後，宇宙的尺度將減半，並且加速偏小。在此100億年後，宇宙微波背景輻射溫度的上升將成為一個嚴重的威脅，真正緊張的時刻才會真正到來。當溫度上升到約300開爾文時，像地球這樣的行星會很難將熱量釋放出去。它會變得越來越熱，而且無可挽回。任何冰冠或冰川都會融化，海洋開始蒸發。
4 000萬年後，宇宙微波背景輻射的溫度將達到今天地球的平均溫度。那時像地球一樣的行星是完全不適合居住的。當太陽膨脹成一個紅巨星時，地球也會面臨這樣的命運。我們的後代將沒有別的地方可去。宇宙微波背景輻射充滿了整個宇宙，整個空間的溫度都在300開爾文，並且還將不斷上升。
無論是那些已經適應了這種炎熱環境的科學家，還是創造了一種製冷生態系統來拖延被“煮熟”的威脅的科學家，都會注意到，宇宙正在極速坍縮，每幾百萬年就會縮小一半。任何仍然存在的星系都將無法被識別，因為它們合而為一了。然而，宇宙空間還是很大的，個別恆星之間發生碰撞的可能性仍然很小。
當宇宙接近最後階段時，所處的狀態將越來越類似於大爆炸後不久就出現的情況。天文學家馬丁·里斯（Martin Rees）對坍縮的宇宙進行了研究。透過應用一般的物理原理，他建立了宇宙最終坍縮階段的影象。最終，宇宙微波背景輻射會變得非常強烈，以至於夜空會出現暗紅色的輝光。
宇宙將會慢慢地變成一個無所不包的宇宙熔爐，炙烤著所有脆弱的生命形式，無論它們藏身何處，都難逃此命運，而此時行星的大氣層早已被剝離得乾乾淨淨。漸漸地，紅光會變成黃色，然後變成白色，直到充滿宇宙的強烈熱輻射威脅到恆星本身的存在。由於無法輻射出能量，恆星會在內部聚集熱量併發生爆炸。此時的宇宙空間充滿了熾熱的氣體等離子體，它們一直在猛烈地燃燒，變得越來越熱。
隨著變化的步伐加快，情況變得更加極端。宇宙開始發生明顯變化的時間只需要10萬年，然後是1 000年，再然後是100年，朝著災難加速前進，溫度隨之上升到數百萬開爾文，數十億開爾文，而佔據宇宙廣袤空間的物質將被無限壓縮，一個星系的質量所佔據的空間直徑只有幾個光年——宇宙的最後三分鐘來臨了。
宇宙的溫度最終變得極其高，原子核也解體了，物質被剝離成了一鍋均勻的基本粒子湯。宇宙大爆炸和摧毀一代又一代恆星所創造的重元素的時間，比你我閱讀這一頁書所花費的時間都要短。持續了數萬億年的穩定的原子核結構，此時會被徹底摧毀。除了黑洞之外，其他所有的結構早已不復存在。宇宙此時顯現出一種優雅但險惡的相似性，但時間非常短暫，只有幾秒鐘而已。
隨著坍縮的速度越來越快，溫度也隨之上升，而且上升的速度越來越快。物質被強烈地壓縮，以至於單個質子和中子不復存在，只剩夸克湯。坍縮會繼續加速，此時將是宇宙終極災難來臨前的幾微秒。黑洞開始相互融合，其內部情況與宇宙本身的總體坍縮狀態幾乎沒有區別。它們現在只是提前到達末日的一些時空區域，並且正在與宇宙的其他部分連線在一起。
在最後的時刻，引力變成了主導力量，無情地粉碎了物質和空間。時空曲率不斷增大。越來越大的空間區域被壓縮到越來越小的體積之內。根據傳統理論，內爆將在奇點處變得異常強大，將粉碎一切物質，包括空間和時間本身。這就是世界末日。
據我們瞭解，這種“大危機”不僅意味著一切物質的結束，更是代表著所有事物的結束。大危機來臨時，時間本身就會停止，所以問“接下來會發生什麼”將毫無意義，就像問“大爆炸之前發生了什麼”一樣。任何事情都不存在“下一步”會發生什麼，因為沒有不流動的時間，也沒有虛無的空間。大爆炸時從虛無中誕生的宇宙將會在大危機中化為虛無。曾經輝煌了數億年的宇宙，此時什麼都不會留下。
結語
我們應該為這樣的前景感到沮喪嗎？哪一種情況更糟糕呢？是宇宙緩慢地退化和膨脹，直至走向黑暗的虛無狀態，還是炙熱到內爆，以致被遺忘？在一個註定要走向時間盡頭的宇宙中，不朽的希望又在哪裡呢？其實宇宙結構複雜性的增加就是以熵為代價，資訊本身就是上面所說的“量”。